基于ArcGIS的DEM數據生成方法的研究與探討
DEM是多學科交叉與滲透的高科技產物,已在測繪、資源與環境、災害防治、國防等與地形分析有關的各個領域發揮著越來越大的作用,也在國防建設與國民生產中有很高的利用價值。
ArcGIS是美國ESRI公司開發的一套功能強大的GIS軟件。ArcObjects是ArcGIS提供的一套開發組件庫,可以開發出所需要的各種GIS功能,同時為用戶提供了更大的開發自主性,它為用戶提供了一套完整的生成DEM數據和進行各種DEM分析的對象庫和接口,用戶可以使用這些對象庫和接口快速創建自己的應用軟件系統。
現基于ArcObjects生成DEM數據的方法進行了初步的研究和探討。
1 DEM數據的常見表現形式
DEM模型按照數據的表現形式主要分為兩種:不規則三角網(Triangulated Irregular Network簡稱TIN,也稱三角網DEM)和規則格網(簡稱GRID,也稱格網DEM)。
1.1規則格網(GRID)格式DEM
GRID是以規則排列的正方形網格來表示地形表面。GRID數據結構簡單,數據存儲量小,還可壓縮存儲,適合于大規模的使用和管理。現在我們常說的DEM及大規模的DEM數據建設,主要是指這種形式,這里所稱的數字高程模型DEM,也是指GRID。
柵格模型支持大量豐富的空間分析,比如空間一致性分析、鄰近分析、離散度分析以及最低成本路徑分析等,這些分析速度也比較快。
1.2不規則三角網(TIN)格式DEM
TIN采用離散數據點生成的連續的不重疊的不規則三角形網格來表示地形表面,在地形平坦的區域,三角形較少,而在地形復雜的區域,三角形較多。因此,TIN能較好地顧及地形地貌特征,逼真表示復雜地形的高低起伏變化,并且能夠克服地形平坦區域的數據冗余。但TIN的數據結構復雜,數據量大,一般只適用于小范圍大比例尺的高精度地形建模。
由于三角形在形狀和大小方面有很大的靈活性,所以這種模型能較容易表示斷裂線和地形起伏較大的區域。TIN模型還支持很多的表面分析,如計算高程、坡度、坡向、進行體積計算、創建剖面圖等,因此TIN建模方法在地形表面建模中引起了越來越多的注意,在GIS中得到了普遍使用,已成為表面建模的主要方法之一。
在ArcGIS中主要提供了RASTER和TIN兩個類型的數據,它們分別對應GRID數據和TIN數據。在ArcGIS中的各種三維操作和三維分析功能都是基于這兩種數據進行的。所以這里也主要研究和探討基于網格(GRID)和基于不規則三角網(TIN)來生成DEM數據。
2 RASTER(GRID)數據的生成
在實際生產中,經常要利用等高線數據直接內插生成DEM數據,或者利用具有高程值的一定密度的離散點內插生成相應的DEM數據,從用戶的角度出發,利用等高線數據直接內插生成DEM數據是一種經常采用的方法。
在實際應用中,通常有兩種內插方法,一種是沿預定軸方向的等高線直接內插法,首先計算預定軸與相鄰等高線的交點,然后利用這些交點通過基于點的內插方法完成內插的過程。另一種是沿內插點最陡坡度的內插,首先搜索相鄰等高線上沿最陡坡度上的兩點,然后根據這兩點線性內插出格網結點的高程值。實際上,等高線內插的核心問題在于如何確定用于內插所需要的點。
在ArcObjects組件庫中并沒有提供直接由含有高程信息的等高線直接內插來生成GRID數據的方法,而是提供了利用具有高程值的離散點內插生成RASTER數據。我們可以利用間接的辦法來實現:先將等高線數據生成TIN類型的DEM數據,然后再將TIN轉換成RASTER數據。
實現思路和步驟:
(1)首先需要添加一個帶有高程值的數據,作為生成RASTER的源數據;(2)通過從數據集中選擇它的高程字段來創建一個FeatureClassDescriptor對象。該對象是一個從數據集中提取了高程字段新對象,作為進行內插操作的一個輸入對象;(3)使用IRasterAnalysisEnvironment接口設置輸出Raster網格的大小;(4)使用IInterpolationOp接口中的內插方法IDW進行內插操作;(5)生成并保存輸出文件。
3 TIN數據的生成
等高線生成三角網主要有三種方法:等高線離散點直接生成TIN方法、將等高線作為特征線的方法、自動增加特征點及優化TIN的方法。
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